Hozirgi vaqtda SiC sanoati 150 mm (6 dyuym) dan 200 mm (8 dyuym) ga o'zgaradi. Sanoatda katta o'lchamli, yuqori sifatli SiC gomoepitaxial gofretlarga bo'lgan shoshilinch talabni qondirish uchun 150 mm va 200 mm.4H-SiC gomoepitaxial gofretlarmustaqil ravishda ishlab chiqilgan 200 mm SiC epitaksial o'stirish uskunasidan foydalangan holda mahalliy substratlarda muvaffaqiyatli tayyorlangan. 150 mm va 200 mm uchun mos bo'lgan gomoepitaksial jarayon ishlab chiqilgan bo'lib, unda epitaksial o'sish tezligi 60um / soat dan yuqori bo'lishi mumkin. Yuqori tezlikdagi epitaksiyaga javob berayotganda, epitaksial gofret sifati juda yaxshi. Qalinligi bir xilligi 150 mm va 200 mmSiC epitaksial gofretlari1,5% ichida nazorat qilinishi mumkin, konsentratsiyaning bir xilligi 3% dan kam, halokatli nuqson zichligi 0,3 zarracha / sm2 dan kam va epitaksial sirt pürüzlülüğü ildiz o'rtacha kvadrat Ra 0,15 nm dan kam va barcha asosiy jarayon ko'rsatkichlari darajasida. sanoatning ilg'or darajasi.
Silikon karbid (SiC)uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallarining vakillaridan biri hisoblanadi. U yuqori parchalanish maydoni kuchi, mukammal issiqlik o'tkazuvchanligi, katta elektron to'yinganlik tezligi va kuchli radiatsiya qarshiligi xususiyatlariga ega. Bu quvvat qurilmalarining energiyani qayta ishlash imkoniyatlarini sezilarli darajada kengaytirdi va yuqori quvvatli, kichik o'lchamli, yuqori haroratli, yuqori radiatsiya va boshqa ekstremal sharoitlarga ega bo'lgan qurilmalar uchun energiya elektron uskunalarining keyingi avlodining xizmat ko'rsatish talablariga javob berishi mumkin. Bu joyni qisqartirishi, quvvat sarfini kamaytirishi va sovutish talablarini kamaytirishi mumkin. Bu yangi energiya vositalari, temir yo'l transporti, aqlli tarmoqlar va boshqa sohalarda inqilobiy o'zgarishlar olib keldi. Shu sababli, kremniy karbidli yarim o'tkazgichlar yuqori quvvatli elektron qurilmalarning keyingi avlodiga etakchilik qiladigan ideal material sifatida e'tirof etildi. So'nggi yillarda uchinchi avlod yarimo'tkazgich sanoatini rivojlantirish bo'yicha milliy siyosatni qo'llab-quvvatlash tufayli, Xitoyda 150 mm SiC qurilma sanoat tizimini tadqiq qilish va ishlab chiqish va qurish asosan yakunlandi va sanoat zanjirining xavfsizligi. asosan kafolatlangan. Shu sababli, sanoatning e'tibori asta-sekin xarajatlarni nazorat qilish va samaradorlikni oshirishga o'tdi. 1-jadvalda ko'rsatilgandek, 150 mm bilan solishtirganda, 200 mm SiC yuqori chekka foydalanish darajasiga ega va bitta gofret chiplarining chiqishi taxminan 1,8 barobar oshirilishi mumkin. Texnologiya pishganidan so'ng, bitta chipning ishlab chiqarish narxi 30% ga kamayishi mumkin. 200 mm texnologik yutuq "xarajatlarni kamaytirish va samaradorlikni oshirish" ning to'g'ridan-to'g'ri vositasi bo'lib, u ham mening mamlakatimning yarimo'tkazgich sanoati uchun "parallel ishlash" yoki hatto "etakchilik" uchun kalit hisoblanadi.
Si qurilma jarayonidan farqli o'laroq,SiC yarimo'tkazgichli quvvat qurilmalariHammasi qayta ishlanadi va asosiy tosh sifatida epitaksial qatlamlar bilan tayyorlanadi. Epitaksial gofretlar SiC quvvat qurilmalari uchun muhim asosiy materiallardir. Epitaksial qatlamning sifati to'g'ridan-to'g'ri qurilmaning rentabelligini aniqlaydi va uning narxi chip ishlab chiqarish narxining 20% ni tashkil qiladi. Shuning uchun epitaksial o'sish SiC quvvat qurilmalarida muhim oraliq bo'g'indir. Epitaksial jarayon darajasining yuqori chegarasi epitaksial uskuna tomonidan aniqlanadi. Hozirgi vaqtda Xitoyda 150 mm SiC epitaksial uskunasining lokalizatsiya darajasi nisbatan yuqori, biroq 200 mm umumiy sxemasi bir vaqtning o'zida xalqaro darajadan orqada qolmoqda. Shu sababli, mahalliy uchinchi avlod yarimo'tkazgich sanoatini rivojlantirish uchun katta o'lchamli, yuqori sifatli epitaksial materiallarni ishlab chiqarishning shoshilinch ehtiyojlari va muammolarini hal qilish uchun ushbu maqola mening mamlakatimizda muvaffaqiyatli ishlab chiqilgan 200 mm SiC epitaksial uskunasini taqdim etadi, va epitaksial jarayonni o'rganadi. Jarayonning harorati, tashuvchining gaz oqimi tezligi, C/Si nisbati va boshqalar kabi jarayon parametrlarini optimallashtirish orqali konsentratsiyaning bir xilligi <3%, qalinligi bir xil emasligi <1,5%, pürüzlülüğü Ra <0,2 nm va halokatli nuqson zichligi <0,3 don. Mustaqil ravishda ishlab chiqilgan 200 mm kremniyli / sm2 150 mm va 200 mm SiC epitaksial gofret karbid epitaksial pech olinadi. Uskunaning jarayon darajasi yuqori sifatli SiC quvvat qurilmasini tayyorlash ehtiyojlarini qondira oladi.
1 Tajriba
1.1 tamoyiliSiC epitaksialjarayon
4H-SiC gomoepitaxial o'sish jarayoni asosan 2 ta asosiy bosqichni o'z ichiga oladi, ya'ni 4H-SiC substratining yuqori haroratli in-situ etching va bir hil kimyoviy bug'larni cho'ktirish jarayoni. Substratni in-situ qirqishning asosiy maqsadi - gofret bilan parlatilgandan so'ng, qoldiq abraziv suyuqlik, zarralar va oksidli qatlamdan keyin substratning er osti shikastlanishini yo'q qilish va substrat yuzasida muntazam atomik pog'onali strukturani kesish orqali hosil qilish mumkin. In-situ etching odatda vodorod atmosferasida amalga oshiriladi. Haqiqiy jarayon talablariga ko'ra, vodorod xlorid, propan, etilen yoki silan kabi oz miqdorda yordamchi gaz ham qo'shilishi mumkin. In-situ vodorod bilan ishlov berishning harorati odatda 1 600 ℃ dan yuqori va reaksiya kamerasining bosimi, odatda, ishlov berish jarayonida 2 × 104 Pa dan past darajada nazorat qilinadi.
Substrat yuzasi in-situ qirqish orqali faollashtirilgandan so'ng, u yuqori haroratli kimyoviy bug'larni cho'ktirish jarayoniga kiradi, ya'ni o'sish manbai (etilen / propan, TCS / silan kabi), doping manbai (n-tipli doping manbai azot) , p-tipli doping manbai TMAl) va vodorod xlorid kabi yordamchi gaz katta oqim orqali reaktsiya kamerasiga o'tkaziladi. tashuvchi gaz (odatda vodorod). Gaz yuqori haroratli reaktsiya kamerasida reaksiyaga kirishgandan so'ng, prekursorning bir qismi kimyoviy reaksiyaga kirishadi va gofret yuzasida adsorbsiyalanadi va ma'lum bir doping konsentratsiyasi, o'ziga xos qalinlik va yuqori sifatga ega bo'lgan bir kristalli bir hil 4H-SiC epitaksial qatlam hosil bo'ladi. shablon sifatida monokristalli 4H-SiC substratdan foydalanib, substrat yuzasida. Ko'p yillik texnik izlanishlardan so'ng, 4H-SiC gomoepitaxial texnologiyasi asosan etuk bo'lib, sanoat ishlab chiqarishida keng qo'llaniladi. Dunyoda eng ko'p qo'llaniladigan 4H-SiC gomoepitaxial texnologiyasi ikkita tipik xususiyatga ega:
(1) Shablon sifatida eksadan tashqari (<0001> kristall tekisligiga nisbatan, <11-20> kristall yo'nalishi bo'yicha) qiyshiq kesilgan substratdan foydalanib, aralashmalarsiz yuqori tozalikdagi bitta kristalli 4H-SiC epitaksial qatlam. bosqichma-bosqich o'sish rejimi shaklida substratga yotqiziladi. Erta 4H-SiC gomoepitaxial o'sishi ijobiy kristall substratdan foydalangan, ya'ni o'sish uchun <0001> Si tekisligi. Musbat kristall substrat yuzasida atom qadamlarining zichligi past va teraslar keng. 3C kristalli SiC (3C-SiC) hosil qilish uchun epitaksiya jarayonida ikki o'lchovli yadrolarning o'sishi oson kechadi. Eksadan tashqari kesish orqali 4H-SiC <0001> substrat yuzasiga yuqori zichlikli, tor terasli kenglikdagi atom qadamlari kiritilishi mumkin va adsorbsiyalangan prekursor sirt diffuziyasi orqali nisbatan past sirt energiyasi bilan atom pog'onasi holatiga samarali erisha oladi. . Bosqichda, oldingi atom / molekulyar guruhning bog'lanish pozitsiyasi noyobdir, shuning uchun bosqichli oqim o'sish rejimida epitaksial qatlam bir xil kristalli bitta kristalni hosil qilish uchun substratning Si-C er-xotin atom qatlamini stacking ketma-ketligini mukammal tarzda meros qilib olishi mumkin. faza substrat sifatida.
(2) Yuqori tezlikda epitaksial o'sishga xlor o'z ichiga olgan kremniy manbasini kiritish orqali erishiladi. An'anaviy SiC kimyoviy bug'larini joylashtirish tizimlarida silan va propan (yoki etilen) asosiy o'sish manbalari hisoblanadi. O'sish manbasining oqim tezligini oshirish orqali o'sish sur'atini oshirish jarayonida, kremniy komponentining muvozanatli qisman bosimi o'sishda davom etar ekan, bir hil gaz fazasining yadrolanishi orqali kremniy klasterlarini hosil qilish oson, bu esa foydalanish tezligini sezilarli darajada kamaytiradi. kremniy manbai. Kremniy klasterlarining shakllanishi epitaksial o'sish tezligini yaxshilashni sezilarli darajada cheklaydi. Shu bilan birga, kremniy klasterlari qadam oqimining o'sishini buzishi va nuqsonli yadro hosil bo'lishiga olib kelishi mumkin. Bir hil gaz fazasining yadrolanishiga yo'l qo'ymaslik va epitaksial o'sish tezligini oshirish uchun, xlorga asoslangan kremniy manbalarini joriy etish hozirgi vaqtda 4H-SiC ning epitaksial o'sish tezligini oshirishning asosiy usuli hisoblanadi.
1,2 200 mm (8 dyuym) SiC epitaksial uskuna va jarayon sharoitlari
Ushbu maqolada tasvirlangan tajribalar Xitoy Electronics Technology Group korporatsiyasining 48-Instituti tomonidan mustaqil ravishda ishlab chiqilgan 150/200 mm (6/8 dyuym) mos keluvchi monolit gorizontal issiq devor SiC epitaksial uskunasida o'tkazildi. Epitaksial o'choq gofretni to'liq avtomatik yuklash va tushirishni qo'llab-quvvatlaydi. 1-rasm epitaksial uskunaning reaksiya kamerasining ichki tuzilishi sxematik diagrammasi. 1-rasmda ko'rsatilganidek, reaktsiya kamerasining tashqi devori suv bilan sovutilgan interlayerli kvarts qo'ng'irog'i va qo'ng'iroqning ichki qismi yuqori haroratli reaktsiya kamerasi bo'lib, u issiqlik izolyatsiyasi uglerod namatidan, yuqori tozaligidan iborat. maxsus grafit bo'shlig'i, grafitli gaz bilan suzuvchi aylanuvchi taglik va boshqalar. Butun kvarts qo'ng'irog'i silindrsimon induksion lasan bilan qoplangan va qo'ng'iroq ichidagi reaktsiya kamerasi o'rta chastotali induksion quvvat manbai bilan elektromagnit tarzda isitiladi. 1 (b)-rasmda ko'rsatilganidek, tashuvchi gaz, reaksiya gazi va doping gazi gofret yuzasi bo'ylab gorizontal laminar oqimda reaksiya kamerasining yuqori oqimidan reaktsiya kamerasining quyi oqimiga oqib o'tadi va quyruqdan chiqariladi. gaz oxiri. Gofret ichidagi mustahkamlikni ta'minlash uchun jarayon davomida havoda suzuvchi taglik tomonidan olib boriladigan gofret doimo aylantiriladi.
Tajribada ishlatiladigan substrat Shanxi Shuoke Crystal tomonidan ishlab chiqarilgan tijorat 150 mm, 200 mm (6 dyuym, 8 dyuym) <1120> yo'nalishi 4 ° burchak ostida o'tkazuvchan n-tipli 4H-SiC ikki tomonlama sayqallangan SiC substratidir. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) va etilen (C2H4) texnologik tajribada asosiy o'sish manbalari sifatida ishlatiladi, ular orasida TCS va C2H4 mos ravishda kremniy va uglerod manbai sifatida ishlatiladi, yuqori toza azot (N2) n- sifatida ishlatiladi. turi doping manbai va vodorod (H2) suyultiruvchi gaz va tashuvchi gaz sifatida ishlatiladi. Epitaksial jarayonning harorat diapazoni 1 600 ~ 1 660 ℃, jarayon bosimi 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa va H2 tashuvchisi gaz oqimi tezligi 100 ~ 140 L / min.
1.3 Epitaksial gofretni sinash va tavsiflash
Fourier infraqizil spektrometri (uskunalar ishlab chiqaruvchi Thermalfisher, model iS50) va simob prob konsentratsiyasini tekshirgich (uskunalar ishlab chiqaruvchisi Semilab, model 530L) epitaksial qatlam qalinligi va doping kontsentratsiyasining o'rtacha va taqsimlanishini tavsiflash uchun ishlatilgan; epitaksial qatlamdagi har bir nuqtaning qalinligi va doping kontsentratsiyasi 5 mm chetini olib tashlash bilan gofret markazida 45 ° da asosiy mos yozuvlar chetining normal chizig'ini kesib o'tuvchi diametrli chiziq bo'ylab nuqtalarni olish orqali aniqlandi. 150 mm gofret uchun bitta diametrli chiziq bo'ylab 9 nuqta (ikki diametr bir-biriga perpendikulyar) va 200 mm gofret uchun 21 nuqta olingan, 2-rasmda ko'rsatilgan. Atom kuch mikroskopi (uskunalar ishlab chiqaruvchisi). Bruker, model Dimension Icon) markazdagi va chekkadagi 30 mkm × 30 mkm maydonlarni tanlash uchun ishlatilgan (5 mm chekka olib tashlash) epitaksial qatlamning sirt pürüzlülüğünü sinash uchun epitaksial plastinaning; epitaksial qatlamning nuqsonlari sirt nuqsonlarini tekshirgich yordamida o'lchandi (uskunalar ishlab chiqaruvchisi China Electronics 3D tasvirlagichi Kefenghua kompaniyasining radar sensori (model Mars 4410 pro) bilan tavsiflangan.
Xat vaqti: 2024 yil 04-sentabr